نظرية شحن وتفريغ الليثيوم وتصميم طريقة حساب الكهرباء （1）

1. مقدمة لبطارية ليثيوم أيون

1.1 حالة المسؤول (SOC)

يمكن تعريف حالة الشحن على أنها حالة الطاقة الكهربائية المتاحة في البطارية ، وعادة ما يتم التعبير عنها كنسبة مئوية.نظرًا لأن الطاقة الكهربائية المتاحة تختلف باختلاف تيار الشحن والتفريغ ودرجة الحرارة وظاهرة الشيخوخة ، فإن تعريف حالة الشحنة ينقسم أيضًا إلى نوعين: الحالة المطلقة للشحن (ASOC) والحالة النسبية للشحن (RSOC) .

بشكل عام ، يتراوح نطاق حالة الشحن النسبية من 0٪ إلى 100٪ ، بينما يكون 100٪ عندما تكون البطارية مشحونة بالكامل و 0٪ عند تفريغها بالكامل.حالة الشحن المطلقة هي قيمة مرجعية محسوبة وفقًا لقيمة السعة الثابتة المصممة عند تصنيع البطارية.حالة الشحن المطلقة للبطارية الجديدة المشحونة بالكامل هي 100٪ ؛حتى إذا كانت البطارية القديمة مشحونة بالكامل ، فلا يمكن أن تصل إلى 100٪ في ظل ظروف الشحن والتفريغ المختلفة.

يوضح الشكل التالي العلاقة بين الجهد وسعة البطارية بمعدلات تفريغ مختلفة.كلما زاد معدل التفريغ ، انخفضت سعة البطارية.عندما تكون درجة الحرارة منخفضة ، ستنخفض أيضًا سعة البطارية.

الشكل 1. العلاقة بين الجهد والقدرة تحت معدلات التفريغ ودرجات الحرارة المختلفة

1.2 كحد أقصى لجهد الشحن

يرتبط الحد الأقصى لجهد الشحن بالتركيب الكيميائي وخصائص البطارية.عادةً ما يكون جهد شحن بطارية الليثيوم 4.2 فولت و 4.35 فولت ، وستختلف قيم الجهد لمواد الكاثود والأنود.

1.3 مشحونة بالكامل

عندما يكون الفرق بين جهد البطارية والجهد الأقصى للشحن أقل من 100 مللي فولت ويتم تقليل تيار الشحن إلى C / 10 ، يمكن اعتبار البطارية مشحونة بالكامل.تختلف ظروف الشحن الكاملة باختلاف خصائص البطارية.

يوضح الشكل أدناه منحنى نموذجي لشحن بطارية الليثيوم.عندما يكون جهد البطارية مساويًا لجهد الشحن الأقصى ويتم تقليل تيار الشحن إلى C / 10 ، تعتبر البطارية مشحونة بالكامل

الشكل 2. منحنى خاصية شحن بطارية الليثيوم

1.4 الحد الأدنى لجهد التفريغ

يمكن تحديد الحد الأدنى لجهد التفريغ بجهد تفريغ القطع ، والذي يكون عادةً الجهد عندما تكون حالة الشحن 0٪.قيمة الجهد هذه ليست قيمة ثابتة ، ولكنها تتغير مع الحمل أو درجة الحرارة أو درجة التقادم أو عوامل أخرى.

1.5 التفريغ الكامل

عندما يكون جهد البطارية أقل من أو يساوي الحد الأدنى لجهد التفريغ ، يمكن أن يطلق عليه التفريغ الكامل.

1.6 معدل الشحن والتفريغ (C-Rate)

معدل الشحن والتفريغ هو تمثيل لتيار الشحن والتفريغ بالنسبة لسعة البطارية.على سبيل المثال ، إذا كنت تستخدم 1C لتفريغ الشحن لمدة ساعة واحدة ، من الناحية المثالية ، سيتم تفريغ البطارية تمامًا.ستؤدي معدلات الشحن والتفريغ المختلفة إلى سعة قابلة للاستخدام مختلفة.بشكل عام ، كلما ارتفع معدل الشحن والتفريغ ، قلت السعة المتاحة.

1.7 دورة الحياة

يشير عدد الدورات إلى عدد الشحن الكامل وتفريغ البطارية ، والذي يمكن تقديره من خلال سعة التفريغ الفعلية وسعة التصميم.عندما تكون سعة التفريغ المتراكمة مساوية للقدرة التصميمية ، يجب أن يكون عدد الدورات واحدًا.بشكل عام ، بعد 500 دورة شحن وتفريغ ، ستنخفض سعة البطارية المشحونة بالكامل بنسبة 10٪ ~ 20٪.

الشكل 3. العلاقة بين أوقات الدورات وسعة البطارية

1.8 التفريغ الذاتي

سيزداد التفريغ الذاتي لجميع البطاريات مع زيادة درجة الحرارة.التفريغ الذاتي في الأساس ليس عيبًا في التصنيع ، بل هو خصائص البطارية نفسها.ومع ذلك ، فإن المعالجة غير السليمة في عملية التصنيع ستؤدي أيضًا إلى زيادة التفريغ الذاتي.بشكل عام ، سوف يتضاعف معدل التفريغ الذاتي عندما تزداد درجة حرارة البطارية بمقدار 10 درجات مئوية. تبلغ سعة التفريغ الذاتي لبطاريات الليثيوم أيون حوالي 1-2٪ شهريًا ، بينما تبلغ طاقة البطاريات المختلفة القائمة على النيكل 10- 15٪ شهريا.

الشكل 4. أداء معدل التفريغ الذاتي لبطارية الليثيوم في درجات حرارة مختلفة